DE1645361A1 - Verfahren zur Herstellung von neuen stickstoffhaltigen Polymeren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von neuen stickstoffhaltigen PolymerenInfo
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Description
SOOIETE RHODIiIOETA, Paris, Frankreich
Verfahren zur Herstellung von neuen stickstoffhaltigen
Polymeren
Die vorliegende Erfindung "betrifft die Herstellung, von neuen
stickstoffhaltigen Polymeren, die in der makromolekularen Kette Piperasinringe über die Stickstoffatome eingebaut enthalten.
Die Erfindung betrifft auch die Herstellung von thermoplastischen Polymeren, die zu Fäden, Filmen .und dgl. formbar sind.
Sie betrifft außerdem die Herstellung von praktisch unschmelzbaren Polymeren» die gegen hohe Temperatur ohne merkliche Verschlechterung
beständig und in dem größten Teil der üblichen Lösungsmittel unlöslich sind»
009839/2034
Die vorliegende Erfindung betrifft; insbesondere ein Verfahren
zur Herstellung von Polymeren» ix:::on Kette aus Piperazinringen
besteht, die über die Stickstoffatome mit zweiwertigen Kohlenwasserstoffresten mit zumindest 3 Kohlenstoffatomen verbunden
sind·
Die erfindungsgemäß erhältlichen Polymeren bestehen im wesentlichen
aus sich wiederholenden Einheiten der !Formel
CH2 - CH2
-H XN - E -
-H XN - E -
in der R einen zwe.lwertigen aliphatischen Kohlenviasserstoffrest
mit zumindest 3 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen oder
alkyl aromatischen zweiwertigen Kohlenwasserstoff rest oder einen
cyclanisehen zweiwertigen Kohlemjasserstoffrest bedeutet. Als
Beste B kann man insbesondere Sri-, Tetra-, Penta- oder Hexamethylenreste,
gegebenenfalls substituierte m- oder p-Phenylenreste,
Cyclohexylenreste und dgl, nennen.
Diese Polymeren weisen ein Infrarotspaktrum auf, bei welchem
gewisse charakteristische Banden denjenigen eines Γί,ΙΓ-disubstituierten Piperazlnrings entsprechen, d.h. Banden, die
bei 7^5/tt» 7i6p und ?,Βμ 7»9/ Hosen.
gewisse charakteristische Banden denjenigen eines Γί,ΙΓ-disubstituierten Piperazlnrings entsprechen, d.h. Banden, die
bei 7^5/tt» 7i6p und ?,Βμ 7»9/ Hosen.
Ihre spezifisch3 Kasse liegt stfischen 153 tnxd 1t5 ^
Je nach dem Kondensations^rad, d.h* nac'ii den Holekulargex-richt,
besitzen diese Pclysioren nerklicii verscaiedene physikalische
EigeriEchaf ten ταχχ können in VArschieaunon Fomc-n vorliegen«
EigeriEchaf ten ταχχ können in VArschieaunon Fomc-n vorliegen«
009839/2034
Bei Kondenßationsgraden in der Größenordnung von 4 bis 5 oder
schwach darüber, d.h. ira allgemeinen für Molekulargewichte bis
zu etwa 1000, sind die Produkte bei Zimmertenperatur viskose
Flüssigkeiten oder Fe st sub stanz en mit einem Schmelzpunkt unterhalb
1500C. Sie sind ungefärbte Hassen, die in Alkoholen,
o-Chlorphenol, Pyridin und chlorhaltigen Lösungsmitteln löslich
sind oder stark quellen.
Die Polymeren, deren Schmelzpunkte hoher sind, können, beispielsweise
durch Schmelzformung, in Fäden und Filnon übergeführt werden.
Aus Produkten mit niedrigen Molekulargewichten kann man Produkte mit höherem Molekulargewicht von 1000 bis 4000 erlangen, die bei
Zimmertemperatur fest sind und bei hoher Temperatur in Fora von gelatinösen Massen vorliegen. Sie sind unschnelabar und pyrolisieren
beim Erhitzen an der Luft bei holier Temperatur. Sie weisen eine geringe oder keine Löslichkeit in den neicten üblichen
organischen Lösungsmitteln auf.
Diese Produkte mit nittlerem Molekulargewicht können in Produkte
mit hohen Molekulargewicht übergeführt werden, die in allgemeinen hellgelb oder braun-rot gefärbte Festsnbstansen
sind und ohne Schmelzen Temperaturen über 3δ0°0 avur'.ialten.
Die neaon Polymeren werden erfin-uungsgeiarlü durch Polykondensation
von !!,N'-bis-ß-hydroxyäthylicrten Dianinen hergestellt
Diece Folykondonn'vtion erfolgt durch CyclodehydrTb-.^.on geiri.'B
den folnendm "\ r'vbionsschona:
(11 + -1)
Γ CII0-CH0
2η H0O + HOOH0Cn0-ITH--Γ;-! H
CH0-CII0
I- (U
N-Ji-
, 2 η CHOC:
3 9/2^34
BAD
Die Reaktion wird durch Erhitzen der Monomeren in inerter Atmosphäre,
vorzugsweise in Gegentmrt eines Katalysators, bei
einer Temperatur über 2500C durchgefülirt.
Man kann auch ohne Katalysator arbeiten, doch ist es dann zur
Ingangsetzung der Reaktion erforderlich, bis auf Temperaturen
in der Größenordnung von 30O0O zu erhitzen und zur Erzielung
eines normalen Ablaufs der Polymerisation Temperaturen zu erreichen, bei denen das gebildete Polymere einen thermischen
Abbau erleidet.
Die Katalysatoren, die sich als aktivste zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit erweisen, sind Phosphorsäure, Pyrophosphorsäure,
Jod, Aluminiumchlorid und Borphosphat. Gehalte in der Größenordnung von 0,01 bis 1 Gow.-%, bezogen auf Monomere
s, sind im allgemeinen ausreichend. Es können auch andere Wasserabspaltungskatalysatoren verwendet werden.
Es ist möglich, die Reaktion in einem Lösungsmittel- oder Verdünnungsmittelmedium
für die Monomeren, wie beispielsweise Decahydronaphtalin, durchzuführen, doch wird die Reaktion vorzugsweise
in Masse unter inerter Atmosphäre durchgeführt. Man verwendet im allgemeinen Stickstoff als inertes Gas.
Wenn man die Polykondensation in Masse durchführt, stellt man fest, daß das Produkt sich in zvei verschiedenen Phasen bildet.
Im Verlaufe einer ersten Stufe steigt die Viskosität der Reaktionsmasne
fortschreitend. Das Kondensation^:·-asser tritt aus dieser Masse in Form von Blasen aus mid destilliert ab. Venn
der Kondensationsgrad etwa 4- erreicht, wird das Ansteigen der
Viskosität viel rascher.
Beim Fortschreiten der Reaktion stellt man das Auftreten von
VerfestigungEstellcn fest, die sich rasch in der ganzen Reak-
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BAD ORIGINAL
tionsmasse ausbreiten. Die Reaktionsmasse liegt dann in Form
eines Produkts mit Zellstruktur vor, das ein viel größeres Volumen als dasjenige der Ausgangsreaktionskomponenten einnimmt,
und die scheinbare spezifische Hasse ist gering. Diese
spezifische Masse kann in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 S
cur liegen. In der zweiten Stufe erfolgt die Reaktion in fester
Phase«
Wenn man die Polykondensation in Abwesenheit eines Lösungsmittels,
jedoch in Form einer dünnen Schicht vornimmt, so ist der erhaltene Film kompakt und weist eine nichtzellulare Struktur
auf*
Zur Herstellung von Polymeren mit niedrigem oder mittlerem Molekulargewicht ist es nicht erforderlich, im Hochvakuum oder
unter vermindertem Druck zu arbeiten, und es ist aus ökonomischen und apparaturmäSigen Gründen vorzuziehen, bei normalem
Druck zu arbeiten und dies umso mehr, als man so einen Verlust an Monomeren durch Destillation in maximaler Weise vermeidet.
Zur Herstellung von Polymeren mit erhöhtem Molekulargewicht wird die Reaktion vorzugsweise unter einem Druck unterhalb
0,5 ΜΛ Hg und bei einer Temperatur über 3OÖ°C beendet.
Diese Nachpolykondensation unter vermindertem Druck kann gegebenenfalls
an aus Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht geformten Erzeugnissen vorgenommen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf ^,N'-bis-ßhydroxyäthylierte
aliphatisch^ Diamine der Formel
HOCH2-GH2-IiH-R-HH-CH2-GH2-OH
anwendbar, in denen R einen zweiwertigen Rest mit weniger als
drei Kohlenstoffatomen bedeutet und insbesondere nicht auf
-6- 1645381
In diesem Falle stellt man fest, daS durch Erhitzen eine
Destillation eines Gemische von Wasser und einen Produkt stattfindet,
das man als Hydroxyäthylpiperazin identifiziert. Die
Bildung dieser Substanz stammt aus einer besonderen Reaktion
mit N,lT-Bis-(S-hydröxyäthyl)-äthylendiamin.
HOCH2-CH2-IiH ^ HH
HOGH2-GH2^
Die Kenge an Eydroxyäthylpiperazin, die man aus dem Destillat
isolieren kann, entspricht nicht der Gesamtheit des eingesetzten N,Hf-Bis-(ß-hydroxyäthyl)- äthylendiarins, und man erhält auch
ein festes Produkt* Die Bruttoformel dieses Produkts entspricht nicht derjenigen eines Polyäthylenpiperazins»
Die zur erfindungsgemäßen Herstellung von Polymeren verwendbaren H,H'~"ßis-(ß-hydro^äthyl)-diamine werden durch Kondensation von aliphatischen, cyclanischen oder aromatischen Diarainen
mit Äthylenoxyd in einem Holverhältnis zwischen 1 : 1,5 und
1 ! 4· durch Erhitzen, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen
50 und 25O0C, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators,
bei normalem Druck oder einem Druck über Atmospliärendruck erhalten.
009 8 39/2034
Die folgenden, Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu
beschränken.
Man stellt li,Nl-Iiis-(ß-hydroxyäthyl)-dodecamethylendiaiiiin her,
indem man in einem Autoklaven 1 Hol Dodecamethylen-1,'12-diamin
und 1,5 Hol Äthylenoxyd 10 Hinuten bei 1500C umsetzt. Das disubstituierte
Diamin wird anschließend durch Destillation gereinigt und weist dann einen Siedepunkt unter 0,12 mm Hg von
207°0 auf.
In einen 250 ml-Kolben, der mit einer Stickstoffzuführung versehen
ist und auf dem sich eine Destillationskolonne und anschließend ein Kühler befindet, bringt man 28,8 g N,H'-3is-(ß-hydroxyäthyl)-dodecamethylendiamin
und 0,05 g Pyr©phosphorsäure ein.
Man erhitzt auf 2600C, eine Temperatur, bei der die Reaktion
einsetzt und fortschreitet. Es destilliert Wasser ab, und die Viskosität der Masse steigt langsam an.
Man bricht das Erhitzen ab, wenn etwa 70 % der theoretisch
einer vollständigen Kondensation entsprechenden V/assermenge
abdestilliert sind·
Durch Abkühlen der Hasse erhält man ein durchscheinendes weißes
Produkt, das zwischen 100 und 1200C erweicht, eine spezifische
Hasse von 1,4-5 g/cn auf v/eist und in o-ChlorpIienol löslich ist.
Das durch Bestinnung der Enaftruppen bestimmte Holekulargeviicht
beträgt etwa 8CO. Die Elenentaranalyse; stimmt-.mit der Formel
überein, \ind das Infrarotspektrum entspricht der Struktur-.eines
Polyall:ylpir>erasina:
0098 39/20 3/» RAn
BAD
CHp-CHp
CHp-CHp
- KH-(CH2)2-0H
Venn nan das Erhitzen dieses polymeren Prodiakts unter ständiger Stickstoffatmosphäre bei 2600C fortsetzt, erhält man eine
plastische und schwammige Hasse mit einer scheinbaren spezifischen
Hasse von 0,35 g/cet . Diese Hasse kann nicht mito-Chlorphenol
gelöst werden. Sie quillt vielmehr darin einfach. Sie weist die gleiche allgemeine Formel und das gleiche Infrarotspektrum
auf, wie das Produkt mit niedrigem Molekulargewicht, obwohl die physikalischen Eigenschaften ganz andere sind.
Diese Hasse härtet durch 4—stündiges Erhitzen unter normalem
Druck unter Stickstoff, und man erhält durch Behandlung unter einem Druck von 0,3 mm Hg bei 3100C während 3 Stunden ein unschmelzbares
leicht gelb gefärbtes Produkt mit einer scheinbaren spezifischen Masse von 0,14 g/cnr .
Dieses Produkt liefert unter Kompression und Erhitzen bei etwa 3800C eine kompakte und homogene Hasse, die mit Schneidewerkzeugen
verarbeitet werden kann.
Han stellt durch Umsetzung von 1,5 Hol m-Phenylendiarain und
3 Hol Äthylenoxyd bei 120 bis 150°C in Gegenwart von Äthanol lT,Nl-Bis-(ß-hydroxyäthyl)-m-phenylendiamin her, das nach
Destillation einen Siedepunkt von 2110C unter 0,1 mm Hg
aufweist.
In ein Polymerisationsreaktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen
von 600 ml nit einem Deckel, öns nit. einer Vorrichtung
zum Bewegen, einer Temperaturmesovorrichtung und einer Stickstoff zuführung auegestattet int und auf den eine Destillationskolonne
und anschließend ein Kühler tngobracht ist, bringt
nan 65,3 G !!,IT'-Bis-Cß-hydrosyätliyl^-Li-phenylendiamin. und
0,65 ε Orthophosphorsäure ein. ■ , . :-■
009839/2D3A .. *
Man erhitzt unter Rühren und unter normalem Stickst off druck.
Die Entwässerung beginnt bei 0
Man bricht das Erhitzen ab, wenn etwa ?ö % der einer vollständigen Kondensation theoretisch entsprechenden Wassermenge
abdestilliert sind. Durch Abkühlen der Masse auf 200G erhalt
man ein weißes durchscheinendes Produkt, das in der Wärme durch Extrudieren oder Gießen formbar ist.
Das Infrarotspektrum stimmt mit der angenommenen Struktur
GH,
-HH-(CHg)2-OH
überein·
Wenn man das Erhitzen dieses Produkts bei 25O°C unter inerter
Atmosphäre fortsetzt, bildet sich eine feste braun-rote bei 3600G unschmelzbare Hasse.
Man stellt durch Umsetzung von 2 Mol trans-Cyclöhexan-1,4-diamin
und 3 Mol Ithylenoxyd bei 110 bis 12O0O 1,4-^,ϊί1-Bis-(ß-hydroxyäthyl)-diamino7-cyclohexan
her, das nach Destillation einen Siedepunkt von 188°G unter 0,3 ram Hg aufweist.
In eine Apparatur, die mit der in Beispiel 2 verwendeten identisch
ist, bringt man 64 g 1,4~^,2i'-Bis-(ß-hydroxyäthyl)-diaminoJT-cyclohexan
und 0,10 g Borphosphat ein.
Durch Erhitzen bei 26O0G unter normalem Stickstoffdruck wird
die Deshydratation bewirkt* ·
009839/2034 0Rie(NW.
~ 10 -
Man "bricht die Reaktion ab, wenn 65 % der einer vollständigen
Kondensation entsprechenä.on. Wassermenge abdestilliert sind.
Man erhält eine in der Wärme vis&oee bei Zimmertemperatur feste
Masse ohne eindeutigen Schaelzptmkt. Man beobachtet nur eine
Erwöiehungsfcone, deren Beginn bei etwa 700C liegt· Biese Masse
ist in der Kälte in o-Ohlorphenol und in der Wanne in Pyridin
löslich.
Bas Infrarot Spektrum weist charakteristische Banden für das
Vorhandensein von Piperazinringen und Banden, die den endst&ndigen
öruppen OH entsprechen, auf»
Die Nachpolykondensation dieser Masse durch 3-stündiges Erhitzen
bei 3000C und einest Druck von 4 mm Hg führt zur Bildung
eines harten und spröden Blocks. Das Produkt ist schwach-braun
gefärbt, und man beobachtet keinen Schmelzpunkt·
Das Produkt ist in der Kälte und in der Wärme in o~Chlorphenol
und £yri&in unlöslich. ■
Das infrarot Spektrum ist mit demjenigen eines !Produkts mit
niedrigem Molekulargewicht vergleichbar und zeigt eine eindeutige
Verhinderung der Endgruppen an: Banden bei 3»0 und
die OH-ßruppen entsprachen» sind schwach.
Durch Umsetzung Von 1 Mol Hexamethylendiamin und 2 Mol Ithylen
oxyd bei 90 bis 95°ö in Gegenwart von Wasser stellt man ΙΤ,ΙΤ*—
Bis-(ß-k^dr6^äthyl)-hörcametliylendianin her, das nach Destilla
tion einen Siedepunkt von 1910O unter 3 aa Hg'Aufweist·
In einer Apparatur^ diö alt der von Beispiel 1 identisch ist,
bringt man 12,5 g ll,iIt*Bis-(ß-
und O, S ml Biosphorsäure ein.
und O, S ml Biosphorsäure ein.
9/2JD"3-4
Durch Erhitzen bei 250 bis 3000C unter Stickstoffatmosphäre
bildet sich nach 50 Hinuten eine unschmelzbare in der Kälte
feste, jedoch unter Druck plastische Masse.
Die zu diesem Zeitpunkt entfernte Wassenaense beträgt 72 %
der theoretisch einer vollständigen Kondensation entsprechenden Menge. Dies entspricht einem Polymeren nit einem Molekular-,
gewicht von etwa 600.
Diese Hasse ist in Toluol und Dioxan unlöslich, quillt jedoch erheblich in Dimethylformamid und o-Chlorphenol·
00 9 8 3 9/2034 ßA0 ORIGINAL
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Polymeren, die im wesentlichen aus sich wiederholenden Einheiten der Formel
CH2 - CH2
^CH2- CH2^
^CH2- CH2^
bestehen, in der R einen zweiwertigen aliphatischen Kohlenwasserstoff re st mit zumindest 3 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen
oder alkylaromatischen oder cyclanischen Kohlenwasserstoff rest bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Η,Ν'-bis-ii-hydrqxrfithyliertes
Diamin der Formel
HO-CH2-CH2-Eh-R-IIH-CH2-CH2OH
in der R die oben angegebene Bedeutung besitzt, durch Erhitzen
unter inerter Atmosphäre bei einer Temperatur über 250°C polykondensiert.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man
bei der Polykondensation einen Katalysator aus der Gruppe Phosphorsäure, Pyrophosphorsaure, Jod, Aluminiumchlorid und
Borphosphat verwendet.
3· Verfahren nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Reaktion durch Erhitzen bei einer Temperatur über 3000C unter einem Druck unter 0,5 mm Hg beendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Diamin verwendet, für welches R einen linearen aliphatischen zweiwertigen Rest mlg 5 Kohlenstoffatomen
bedeutet. 009839/2034
5- Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Dianin verwendet, für welches-der Rost R einen linearen aliphatischen zweiwertigen Rest mit 12 Kohlenstoffatomen
bedeutet·
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Diamin verwendet, für welches der Rest R einen m-Phenylenrest bedeutet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Diamin verwendet, für welches der Rest R einen 1,4—Cyclohexylenrest bedeutet.
8. Als neue Verbindungen Polymere, die im wesentlichen aus sich wiederholenden Einheiten der Formel
v GH0 — CHp
N N-R-
bestehen, worin R einen zweiwertigen aliphatischen Kohlenwasserstoff
rest mit zumindest 3 Kohlenstoffatomen,. einen aromatischen
oder cyclanischen Kohlenwasserstoff rest bedeutet.
00 9839/2]) 3 4 BAD
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